(57)【要約】【課題】容易に高速回転が得られ回転特性も良く、さらに、構造が簡単であり小型のマイクロマシーン化が可能な回転駆動装置を提案する。【解決手段】長尺状で中心部を支点として両端部が上下動可能な形状を有し、かつ、端部に上下振動を与えるとこの振動を回転力に変換して中心部のまわりに回転する物体からなるロータと、前記ロータの端部に上下振動を与える駆動部材を備えたステータとで構成される。例えばラトルバック等をロータとして使用し、ロータに上下方向の力を電磁力あるいは静電力にて与え、ロータに回転力を発生させロータを回転させるという今までに無い原理を利用する。【選択図】図１
2007124881.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
長尺状で中心部を支点として両端部が上下動可能な形状を有し、かつ、端部に上下振動を与えるとこの振動を回転力に変換して中心部のまわりに回転する物体からなるロータと、
前記ロータの端部に上下振動を与える駆動部材を備えたステータと、
を備えたことを特徴とする回転駆動装置。
【請求項２】
前記駆動部材は、電磁力を用いて前記ロータの端部に上下方向の引力または斥力を作用させる電磁力駆動部材で構成されたことを特徴とする請求項１記載の回転駆動装置。
【請求項３】
前記駆動部材は、静電力を用いて前記ロータの端部に上下方向の引力または斥力を作用させる静電力駆動部材で構成されたことを特徴とする請求項１記載の回転駆動装置。
【請求項４】
前記駆動部材は、前記ロータが回転するときその端部が通過する環状領域の近辺に少なくとも１つ設けられることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項記載の回転駆動装置。
【請求項５】
前記ステータは、前記ロータが回転するとき前記環状領域内にある前記端部を検出するセンサを備えたことを特徴とする請求項４記載の回転駆動装置。
【請求項６】
前記センサは、前記ロータの一端部が前記駆動部材に対応する位置、または、前記ロータの回転方向に関して前記駆動部材の所定範囲手前の位置にあるとき、前記ロータの他端部を検出する位置に配置されることを特徴とする請求項５記載の回転駆動装置。
【請求項７】
前記ステータに、前記ロータが回転している状態で回転速度を加速または減速させる加減速部材を設けたことを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項記載の回転駆動装置。
【請求項８】
前記加減速部材は、前記ロータの一部の領域が有する磁荷または電荷の極性と同じ極性の磁場または電場と、逆の極性の磁場または電場とを切り換えて発生可能な磁極または電極を備えて構成され、
前記ロータの前記領域が前記加減速部材を通過する手前で、前記磁極または電極が前記磁荷または電荷の極性と逆の極性の磁場または電場を発生することで前記ロータを加速させ、また、前記磁極または電極が前記磁荷または電荷の極性と同じ極性の磁場または電場を発生することで前記ロータを減速させることを特徴とする請求項７記載の回転駆動装置。
【請求項９】
前記駆動部材は、前記ロータが回転するときその端部が通過する環状領域に沿ってその近辺に複数設けられ、これらの駆動部材を位相差をもって作動させることで起動トルクを発生させることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項記載の回転駆動装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、ジャイロセンサに適用されるコリオリの力、すなわちジャイロモーメントを利用した回転駆動装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、回転駆動装置はステータ板に固定された保持筒の内側に軸受を保持し、その外周に磁芯コアを取付けてこれに複数の駆動コイルを巻き、ロータケースに固定したロータマグネットでその磁芯コアを囲むようにしてロータ軸を軸受に軸支させ、ロータケースの外周部に位置検出センサを配置した構成を有していた。
【特許文献１】特開平９−３２２５０８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら、前述のような回転駆動装置では磁芯コアを囲むようにしてマグネットが配置されるため小型化が難しいという問題があった。
【０００４】
この発明は、上記課題を解決するために為されたものであり、構造が簡単で小型のマイクロマシン化が可能であり、しかも、容易に高速回転が得られ回転特性も良い回転駆動装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
この発明の請求項１に係る回転駆動装置は、長尺状で中心部を支点として両端部が上下動可能な形状を有し、かつ、端部に上下振動を与えるとこの振動を回転力に変換して中心部のまわりに回転する物体からなるロータと、前記ロータの端部に上下振動を与える駆動部材を備えたステータと、を備えたことを特徴とするものである。
【０００６】
この発明の請求項２に係る回転駆動装置は、請求項１記載の回転駆動装置において、前記駆動部材は、電磁力を用いて前記ロータの端部に上下方向の引力または斥力を作用させる電磁力駆動部材で構成されたことを特徴とするものである。
【０００７】
この発明の請求項３に係る回転駆動装置は、請求項１記載の回転駆動装置において、前記駆動部材は、静電力を用いて前記ロータの端部に上下方向の引力または斥力を作用させる静電力駆動部材で構成されたことを特徴とするものである。
【０００８】
この発明の請求項４に係る回転駆動装置は、請求項１〜３のいずれか１項記載の回転駆動装置において、前記駆動部材は、前記ロータが回転するときその端部が通過する環状領域の近辺に少なくとも１つ設けられることを特徴とするものである。
【０００９】
この発明の請求項５に係る回転駆動装置は、請求項４記載の回転駆動装置において、前記ステータは、前記ロータが回転するとき前記環状領域内にある前記端部を検出するセンサを備えたものである。
【００１０】
この発明の請求項６に係る回転駆動装置は、請求項５記載の回転駆動装置において、前記センサは、前記ロータの一端部が前記駆動部材に対応する位置、または、前記ロータの回転方向に関して前記駆動部材の所定範囲手前の位置にあるとき、前記ロータの他端部を検出する位置に配置されることを特徴とするものである。
【００１１】
この発明の請求項７に係る回転駆動装置は、請求項１〜６のいずれか１項記載の回転駆動装置において、前記ステータに、前記ロータが回転している状態で回転速度を加速または減速させる加減速部材を設けたことを特徴とするものである。
【００１２】
この発明の請求項８に係る回転駆動装置は、請求項７記載の回転駆動装置において、前記加減速部材は、前記ロータの一部の領域が有する磁荷または電荷の極性と同じ極性の磁場または電場と、逆の極性の磁場または電場とを切り換えて発生可能な磁極または電極を備えて構成され、前記ロータの前記領域が前記加減速部材を通過する手前で、前記磁極または電極が前記磁荷または電荷の極性と逆の極性の磁場または電場を発生することで前記ロータを加速させ、また、前記磁極または電極が前記磁荷または電荷の極性と同じ極性の磁場または電場を発生することで前記ロータを減速させることを特徴とするものである。
【００１３】
この発明の請求項９に係る回転駆動装置は、請求項１〜３のいずれか１項記載の回転駆動装置において、前記駆動部材は、前記ロータが回転するときその端部が通過する環状領域に沿ってその近辺に複数設けられ、これらの駆動部材を位相差をもって作動させることで起動トルクを発生させることを特徴とするものである。
【発明の効果】
【００１４】
この発明は以上のように、長尺状で中心部を支点として両端部が上下動可能な形状を有し、かつ、端部に上下振動を与えるとこの振動を回転力に変換して中心部のまわりに回転する物体からなるロータと、前記ロータの端部に上下振動を与える駆動部材を備えたステータと、を備えて構成したので、容易に高速回転が得られ回転特性も良く、構造が簡単で小型のマイクロマシン化が可能である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
この発明の実施の形態を、図面を参照して説明する。
【００１６】
図１は、この発明による回転駆動装置の一実施形態を示す概略的斜視図であり、この回転駆動装置１は、ロータにラトルバック（Rattle-Back）と呼ばれる特殊な形状の物体を用いたものである。すなわち、この回転駆動装置１は、概略的に平面で示すステータ１０に対して、ラトルバックからなるロータ２０が中心を支点としてそのまわりに回転可能に、かつ、両端部が上下動可能に支持されたものである。
【００１７】
ロータ（ラトルバック）２０は、図２に示すように、長尺状で、平面上に置いたとき中心部を支点として両端部が上下動可能な形状のものである。すなわち、底面は中央部が最も肉厚で、これから両端部にかけて徐々に肉薄になった、いわば船底のような形状である。そして、この船底の稜線が、両端間を直線で結ぶのではなく、Ｓ字状に湾曲して形成されている。
【００１８】
このようなロータ（ラトルバック）２０は、図３に示すように、端部に上下方向の外力（例えば下向きの力）を加えてそれを取り除くと、Ｘ軸（ロール軸）まわりのモーメントＭｘと、Ｙ軸（ピッチ軸）まわりのモーメントＭｙが同時に発生する。すると、コリオリの力、すなわちジャイロモーメントにより、Ｚ軸（ヨー軸）まわりのモーメントＭｚが生起され、ロータ（ラトルバック）２０は回転することとなる。
【００１９】
ロータ（ラトルバック）２０は、例えばプラスチック製のものであるため、図１に示すように、両端部付近に磁性体（例えば、永久磁石）２１ａ，２１ｂを取り付けてある。また、ステータ１０には、ロータ（ラトルバック）２０の端部に上下方向の外力（例えば下向きの力）を加えるための駆動部材１１を設けてある。この場合、駆動部材１１は、ロータ（ラトルバック）２０の端部に取り付けた磁性体２１ａ，２１ｂを磁気的に吸引する電磁石である。
【００２０】
このような駆動部材（電磁石）１１は、ロータ（ラトルバック）２０が回転するときその端部が通過する環状領域の近辺に少なくとも１つ設けられる。また、ステータ１０には、ロータ（ラトルバック）２０が回転するときその端部が通過する環状領域の近辺に磁気センサ１２を設けてある。そのため、ロータ（ラトルバック）２０の回転にともなって磁性体２１ａ，２１ｂが磁気センサ１２を通過するとき、磁気センサ１２がこれを検出することができる。
【００２１】
磁気センサ１２は、ロータ（ラトルバック）２０の一端部が駆動部材１１に対応する位置、または、ロータ（ラトルバック）２０の回転方向に関して駆動部材１１の所定範囲手前の位置にあるとき、ロータ（ラトルバック）２０の他端部を検出する位置に配置される。
【００２２】
すなわち、図１に示すように、ロータ（ラトルバック）２０の一端部に取り付けた磁性体２１ａ（または２１ｂ）が駆動部材１１に対応する位置にあるとき、ロータ（ラトルバック）２０の他端部に取り付けた磁性体２１ｂ（または２１ａ）を検出する位置に、磁気センサ１２を配置することができる。
【００２３】
この場合、磁気センサ１２が磁性体２１ｂ（または２１ａ）を検出したタイミングで、駆動部材（電磁石）１１に通電してその電磁力により磁性体２１ａ（または２１ｂ）を磁気的に吸引することで、ロータ（ラトルバック）２０の端部に、図３に下向きの矢印で示す下向きの力を加えることができる。その結果、ロータ（ラトルバック）２０は図１に矢印で示すように回転する。
【００２４】
また、磁気センサ１２は、ロータ（ラトルバック）２０の一端部に取り付けた磁性体２１ａ（または２１ｂ）が、ロータ（ラトルバック）２０の回転方向に関して駆動部材１１の所定範囲手前の位置にあるとき、ロータ（ラトルバック）２０の他端部に取り付けた磁性体２１ｂ（または２１ａ）を検出する位置に配置することができる。
【００２５】
この場合、磁気センサ１２が磁性体２１ｂ（または２１ａ）を検出したタイミングで、駆動部材（電磁石）１１に通電してその電磁力により磁性体２１ａ（または２１ｂ）を磁気的に吸引すると、その吸引力の作用する方向が、下向き方向と、ロータ（ラトルバック）２０の回転方向とを合成した方向に一致するため、ロータ（ラトルバック）２０の端部に、下向きの力と回転方向の力とを合成した力を加えることができる。その結果、ロータ（ラトルバック）２０は効率よく回転する。
【００２６】
このような駆動部材（電磁石）１１を、ロータ（ラトルバック）２０が回転するときその端部が通過する環状領域に沿ってその近辺に複数設けて、これらの駆動部材（電磁石）１１を位相差をもって作動させることで、ロータ（ラトルバック）２０の起動トルクを発生させることが容易に実現できる。
【００２７】
この回転駆動装置１は、さらに、ステータ１０に、ロータ（ラトルバック）２０が回転している状態で回転速度を加速または減速させる加減速部材１３または１４を設けることが好ましい。
【００２８】
加減速部材１３は、図４に示すように、ロータ（ラトルバック）２０の一部の領域が有する磁荷（磁気）の極性（Ｎ極またはＳ極）と同じ極性の磁場と、逆の極性の磁場とを切り換えて発生可能な磁極（電磁石）１３Ｕ，１３Ｄを備えて構成される。
【００２９】
すなわち、ロータ（ラトルバック）２０が回転しているとき磁性体２１ａまたは２１ｂ（例えばＳ極）が通過する位置またはその付近に、加減速部材１３の磁極（電磁石）１３Ｕ，１３Ｄを配置する。例えば、図４に示すように、ロータ（ラトルバック）２０の上面側に電磁石（磁極）１３Ｕを配置し、ロータ（ラトルバック）２０の下面側に電磁石（磁極）１３Ｄを配置する。
【００３０】
そして、ロータ（ラトルバック）２０の磁性体２１ａまたは２１ｂが加減速部材１３を通過する手前で、電磁石１３Ｕ，１３Ｄに通電してＮ極またはＳ極の磁極を生起させる。また、ロータ（ラトルバック）２０の磁性体２１ａまたは２１ｂが加減速部材１３を通過する瞬間に、電磁石１３Ｕ，１３Ｄの通電を解除して消極させる。このような電磁石１３Ｕ，１３Ｄのオン／オフのタイミングは、適宜のセンサを用いて的確に行う。
【００３１】
ロータ（ラトルバック）２０の回転を加速させるときは、図４（ａ）に示すように、電磁石１３Ｕ，１３Ｄに通電してＮ極の磁極を生起させる。これにより、ロータ（ラトルバック）２０の磁性体２１ａまたは２１ｂ（Ｓ極）には、電磁石１３Ｕ，１３Ｄの磁極（Ｎ極）から磁気的な吸引力が作用し、その結果、ロータ（ラトルバック）２０の回転は加速される。
【００３２】
一方、ロータ（ラトルバック）２０の回転を減速させるときは、図４（ｂ）に示すように、電磁石１３Ｕ，１３Ｄに通電してＳ極の磁極を生起させる。これにより、ロータ（ラトルバック）２０の磁性体２１ａまたは２１ｂ（Ｓ極）には、電磁石１３Ｕ，１３Ｄの磁極（Ｓ極）から磁気的な斥力が作用し、その結果、ロータ（ラトルバック）２０の回転は減速される。
【００３３】
また、加減速部材１４は、図５に示すように、ロータ（ラトルバック）２０の一部の領域が有する電荷の極性（＋極または−極）と同じ極性の電場と、逆の極性の電場とを切り換えて発生可能な電極部１４Ｕ，１４Ｄを備えて構成することも可能である。
【００３４】
すなわち、図５に示すように、ロータ（ラトルバック）２０の一部の領域（例えば端部）に＋極または−極（例えば＋極）を帯電させておく。
【００３５】
ロータ（ラトルバック）２０が回転しているとき帯電領域２２が通過する位置またはその付近に、加減速部材１４の電極部１４Ｕ，１４Ｄを配置する。例えば、図５に示すように、ロータ（ラトルバック）２０の上面側に電極部１４Ｕを配置し、ロータ（ラトルバック）２０の下面側に電極部１４Ｄを配置する。そして、ロータ（ラトルバック）２０の帯電領域２２が加減速部材１４を通過する手前で、電極部１４Ｕ，１４Ｄに通電して＋極または−極の電極を生起させる。
【００３６】
ロータ（ラトルバック）２０の回転を加速させるときは、図５（ａ）に示すように、電極部１４Ｕ，１４Ｄに通電して−極の電極を生起させる。これにより、ロータ（ラトルバック）２０の帯電領域２２（＋極）には、電極部１４Ｕ，１４Ｄの電極（−極）から電気的な吸引力が作用し、その結果、ロータ（ラトルバック）２０の回転は加速される。
【００３７】
一方、ロータ（ラトルバック）２０の回転を減速させるときは、図５（ｂ）に示すように、電極部１４Ｕ，１４Ｄに通電して＋極の電極を生起させる。これにより、ロータ（ラトルバック）２０の帯電領域２２（＋極）には、電極部１４Ｕ，１４Ｄの電極（＋極）から電気的な斥力が作用し、その結果、ロータ（ラトルバック）２０の回転は減速される。
【００３８】
このような加減速部材１３，１４は、ロータ（ラトルバック）２０の回転中心のまわりに９０°毎、６０°毎、４５°毎など複数配置すれば、回転速度をより一定に保つことができる。
【００３９】
図６は、この発明による回転駆動装置の他の実施形態に用いるロータを示し、図７は、このロータを用いたこの発明による回転駆動装置の他の実施形態を示す平面図、図８は正面図である。この回転駆動装置１０１は、ロータにラトルバックと同様に端部の上下振動を回転運動に変換する機能を有する矩形板（棒）状のロータ（以下、バータイプロータ（Bar-Type Rotor）と呼ぶ）を用いたものである。
【００４０】
バータイプロータ１２０は、図６に示すように、矩形状の薄板の底面中央に船底状の突部を設けたものであり、船底状の突部の稜線は直線上に延び、かつ、矩形板の長手方向とは平行でなく、所要の角度をもって配置されている。このようなバータイプロータ１２０も、図３に示すロータ（ラトルバック）２０の場合と同様に、端部に上下方向の外力（例えば下向きの力）を加えてそれを取り除くと、Ｘ軸（ロール軸）まわりのモーメントＭｘと、Ｙ軸（ピッチ軸）まわりのモーメントＭｙが同時に発生する。そして、コリオリの力、すなわちジャイロモーメントにより、Ｚ軸（ヨー軸）まわりのモーメントＭｚが生起され、バータイプロータ１２０は回転することとなる。
【００４１】
この回転駆動装置１０１は、ステータ１１０に対して、バータイプロータ１２０が中心を支点としてそのまわりに回転可能に、かつ、両端部が上下動可能に支持されたものである。
【００４２】
バータイプロータ１２０の両端部には電極１２１ａ，１２１ｂが配置され、中央部（船底状の突部）の底面から電極１２１ａ，１２１ｂに配線１２２が施されている。
【００４３】
ステータ１１０には、バータイプロータ１２０の中央部（船底状の突部）底面を回転可能に支持する支持部に導電体１１２が設けられ、また、バータイプロータ１２０の一方の端部（例えば電極１２１ａ）に対応する位置に電極１１１が設けられ、さらに、バータイプロータ１２０の他方の端部（例えば電極１２１ｂ）に対応する位置にフォトセンサ（フォトカプラ）１１３が設けられている。電極１１１とフォトセンサ１１３とは、導電体１１２を挟んで対向する位置に配置される。
【００４４】
この回転駆動装置１０１は、フォトセンサ１１３の検出領域にバータイプロータ１２０の一端部（例えば電極１２１ｂ）が存在するとき、ステータ１１０側で電極１１１と導電体１１２とに電位差を付与することで、ステータ１１０の電極１１１とバータイプロータ１２０の電極１２１ａとに電位差が発生し、静電気力により電極１２１ａが電極１１１に吸引される。これにより、バータイプロータ１２０の上下方向の力を回転させる力に変える効果を利用して、ロータ１を回転させる。図７は、１８０°回転する毎に、バータイプロータ１２０に回転力が加わる装置である。また、電極１１１の位置は、バータイプロータ１２０がフォトセンサ１１３に反応したとき、バータイプロータ１２０の回転する方向より若干先に位置する方が効率よく回転することができる。
【００４５】
この実施形態の場合も、図１の実施形態の加減速部材１３，１４と同様に、適宜の加減速部材を設けることが好ましい。
【図面の簡単な説明】
【００４６】
【図１】この発明による回転駆動装置の一実施形態を示す概略的斜視図である。
【図２】図１の回転駆動装置に用いるロータ（ラトルバック）の一例を示す（ａ）正面図、（ｂ）底面図、（ｃ）断面図である。
【図３】ラトルバックの作動原理を示す斜視説明図である。
【図４】図１の回転駆動装置の加速方法および減速方法の一例を示す説明図である。
【図５】図１の回転駆動装置の加速方法および減速方法の他の例を示す説明図である。
【図６】この発明による回転駆動装置の他の実施形態に用いるバータイプロータの一例を示す（ａ）正面図および（ｂ）底面図である。
【図７】この発明による回転駆動装置の他の実施形態を示す平面図である。
【図８】図７の回転駆動装置の正面図である。
【符号の説明】
【００４７】
１  回転駆動装置
１０  ステータ
１１  駆動部材（電磁石）
１２  磁気センサ
２０  ロータ（ラトルバック）
２１ａ，２１ｂ  磁性体（例えば、永久磁石）
１３，１４  加減速部材
１０１  回転駆動装置
１１０  ステータ
１１１  電極
１１２  導電体
１１３  フォトセンサ（フォトカプラ）
１２０  バータイプロータ
１２１ａ，１２１ｂ  電極
【図１】
2007124881.tif 000003
【図２】
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【図３】
2007124881.tif 000005
【図４】
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【図５】
2007124881.tif 000007
【図６】
2007124881.tif 000008
【図７】
2007124881.tif 000009
【図８】
2007124881.tif 000010